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第一章 小分子和有机化合物的前线轨道1

第一节 轨道相互作用1

1-1 轨道相互作用原理1

1-2 三个轨道相互作用3

1-3 四个轨道相互作用6

1-4 链状共轭分子的前线轨道的相互作用7

第二节 小分子的前线轨道9

2-1 分子点群和对称操作9

2-2 AH2型分子的分子轨道11

2-3 甲醛分子15

2-4 AH3型分子的前线轨道16

2-5 双原子分子19

2-6 AB2型分子22

第三节 小分子的紫外光电子能谱25

3-1 电子状态的对称性25

3-2 紫外光电子能谱29

第四节 环状共轭分子的前线轨道32

4-1 苯32

4-2 吡啶34

4-3 单取代苯35

4-4 双取代苯37

4-5 环戊二烯负离子39

4-6 吡咯、呋喃和噻吩40

4-7 TTF40

参考文献42

第二章 化学反应与前线轨道43

第一节 前线轨道理论43

1-1 反应体系的稳定化机制43

1-2 热反应体系的前线轨道相互作用44

1-3 光反应体系的前线轨道相互作用45

1-4 膺激发体系的前线轨道相互作用46

1-5 三体相互作用47

第二节 化学反应与前线轨道48

2-1 Diels-Alder反应48

2-2 BH3的二聚反应——二重轨道相互作用50

2-3 ［2+2］环加成50

2-4 电开环与电环合53

2-5 H-迁移和σ-迁移53

2-6 BH3与NH3,CO的反应54

2-7 BH3与乙烯的加成反应54

2-8 聚合反应54

2-9 ene-reaction55

2-10 芳香环上的取代反应56

第三节 分子间弱相互作用59

3-1 氢键相互作用59

3-2 π-π相互作用62

参考文献65

第三章 配位化合物的前线轨道66

第一节 八面体络合物66

1-1 Oh群的对称操作与配位体的群轨道66

1-2 八面体络合物的前线轨道68

1-3 Jahn-Teller效应72

第二节 平面四配位络合物75

2-1 平面正方形络合物75

2-2 其他平面四配位络合物79

第三节 四面体络合物81

3-1 正四面体络合物的前线轨道81

3-2 Jahn-Teller效应84

第四节 金属有机化合物——二茂铁86

4-1 二茂铁的群轨道86

4-2 二茂铁的分子轨道87

第五节 金属卟啉、金属酞菁和叶绿素88

5-1 卟啉环的群轨道88

5-2 金属卟啉的前线轨道91

5-3 金属卟啉衍生物92

5-4 金属酞菁93

第六节 小分子的配位与活化94

6-1 CO和NO94

6-2 分子氧95

6-3 乙烯97

6-4 二氧化碳97

6-5 烯烃的加氢98

第七节 色素-蛋白复合物99

7-1 蛋白质99

7-2 光系统Ⅱ反应中心的D2亚单元101

7-3 光系统Ⅱ的聚光天线复合物102

7-4 质体蓝素（PC）和铁氧化还原蛋白（Fd）102

7-5 细胞色素c氧化酶103

参考文献104

第四章 电化学与前线轨道105

第一节 电化学与前线轨道能量105

1-1 前线轨道能量105

1-2 循环伏安法106

1-3 电极反应的可逆性109

第二节 有机电子给体的电化学行为110

2-1 TTF及其衍生物110

2-2 苯胺、齐聚苯胺和聚苯胺113

2-3 齐聚吡咯和齐聚噻吩衍生物116

2-4 π-共轭高分子117

第三节 有机电子受体的电化学行为118

3-1 TCNQ的衍生物和醌类118

3-2 紫精衍生物120

3-3 NADP+和NAD+121

3-4 偶氮苯衍生物122

3-5 富勒烯C60和C70123

3-6 N-乙基-吩嗪和亚甲蓝124

第四节 D-π-A分子的电化学行为124

4-1 氰基乙烯基苯胺衍生物124

4-2 巴比妥酸衍生物127

第五节 六配位金属络合物128

5-1 K4Fe(CN)6128

5-2 CrⅢ［CrⅡ（CN）6］-129

5-3 Ru(NH3)5Cl+129

5-4 Ru(bpy)2 3+130

第六节 四配位金属络合物131

6-1 金属二噻烯131

6-2 Zn(dmit)2 2-132

第七节 二茂铁衍生物133

7-1 单取代环戊二烯负离子133

7-2 吸电子取代基对二茂铁的轨道能级的影响135

7-3 推电子取代基对二茂铁的轨道能级的影响136

7-4 二茂铁衍生物的电化学行为136

第八节 卟啉和酞菁衍生物138

8-1 TPP、FeTPP、CoTPP138

8-2 CuTMPyP138

8-3 金属酞菁139

8-4 叶绿素139

第九节 氧化呼吸链和氧化磷酸化140

参考文献142

第五章 电子光谱144

第一节 吸收光谱与发射光谱的原理144

1-1 辐射的吸收与发射144

1-2 吸收定律（Lambert-Beer定律）和吸收光谱测试146

1-3 选择定则和吸收强度148

1-4 Franck-Condon原理和光谱形状150

1-5 激发态的光物理过程和发射光谱测试151

1-6 激发态的猝灭153

1-7 偏振光谱154

第二节 有机化合物的光谱154

2-1 甲醛154

2-2 偶氮苯156

2-3 链状共轭分子157

2-4 苯、吡啶和取代苯160

2-5 绸环芳香族化合物163

第三节 聚集体的光谱165

3-1 激基缔合物的荧光165

3-2 激发复合物的荧光166

3-3 色素聚集体的吸收光谱167

3-4 D-π-A分子聚集体的光谱169

第四节 六配位络合物的光谱171

4-1 Ti（Ⅲ）和Ti（Ⅳ）络合物171

4-2 Cr（Ⅲ）络合物173

4-3 Co（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）络合物176

4-4 Cr（CO）6和Mo（CO）6178

4-5 Ru（bpy）2 3+179

4-6 Co（Ⅱ）络合物181

4-7 Ni（Ⅱ）络合物181

第五节 二茂铁衍生物182

5-1 二茂铁183

5-2 PⅠ、PⅡ和PⅢ183

5-3 PⅣ、PⅤ和PⅥ184

第六节 卟啉和酞菁衍生物185

6-1 PH2和PcH2186

6-2 还原型血红素c、TPPFe（Ⅲ）Cl和ZnTPP187

6-3 叶绿素和细菌叶绿素188

6-4 金属酞菁189

参考文献190

第六章 电致变色与电致发光191

第一节 有机化合物191

1-1 π-离子自由基的电子跃迁类型191

1-2 TCAQ192

1-3 紫精衍生物194

1-4 氰基乙烯基苯胺衍生物195

第二节 π-共轭高分子195

2-1 聚乙炔195

2-2 聚吡咯和聚噻吩196

2-3 聚苯胺199

第三节 配位化合物200

3-1 普鲁士蓝（PB）200

3-2 Ru(bpy)2 3+201

3-3 卟啉衍生物202

第四节 共轭高分子的电致发光204

参考文献207

第七章 光化学208

第一节 光异构化反应208

1-1 无辐射跃迁与光异构化208

1-2 顺-反异构和光环化反应209

1-3 光致变色212

1-4 苯的异构化反应215

1-5 酮的α-消除反应217

第二节 双分子有机光化学反应217

2-1 光反应原初过程中的轨道相互作用218

2-2 羰基化合物的光化学218

第三节 光诱导能量转移和首次电子转移221

3-1 能量转移221

3-2 激发态的首次电子转移223

3-3 Ru(bpy)2 3+＊的能量转移和电子转移224

3-4 C60的能量转移和电子转移227

3-5 卟啉与分子氧的反应230

第四节 色素的光敏作用230

4-1 光诱导电荷分离和电子传递230

4-2 Ru(bpy)2 3+232

4-3 C60与聚噻吩的二重光诱导电子转移反应233

4-4 色素敏化太阳能电池234

第五节 光催化剂的光诱导电子转移236

5-1 光催化236

5-2 光催化分解水和固CO2237

5-3 有机物的光催化氧化分解238

5-4 光电变色238

参考文献240

附录 化学上重要对称群的特征标表242